(完整版)第三讲河流生态修复
河道水体保护与修复(完整版)
施工速度快 可以机械施工，大大缩短了工期，降低工程工期和综合造价。
适应性强 可以冰上施工，不受气候限制。 可以水下施工，不受水位限制。
铰接式护坡技术参数
1.设计可采用的最大坡度为1：1；在坡度为1：1且坡宽超过3米 时，建议采用优凝舒布洛克铰接式护坡系统以方便施工。 一般讲，2：1的坡度以内是最佳选择。
改直墙断面为缓坡断面 拆除部分硬质岸墙 拆除河底砼衬砌
其他技术方法
拆除硬质墙顶改缓坡
其他技术方法
软体护岸——生态袋护岸
其他技术方法
浅水湾、废物利用——化腐朽为神 奇
浅水湾 构筑蜿蜒岸线 有利于冬季防冰 满足了亲水的安全要求 便于种植水生植物 有供水生动物栖息和避难的场所 有利于防浪或船行波
实用局限性
1. 边坡坡度： 铰接式护坡不是挡土墙，它只是一种 防冲刷护面系统，最好在自然稳定的 土坡上用。考虑到系统对增加边坡稳 定方面的能力，最大边坡坡度宜为1:1。 但是在1:1的边坡上使用时，若柔性垫 子长度超过2米必须采用有效措施把垫 子锚固在基土内；
2. 转弯半径： 柔性垫子受单块尺寸的限制最小的转 弯半径为60公分。
浅水湾功能
(1) 浅水湾可以增加过水断面，解决在既有河道用地不变 的情况下，而洪水流量增加的矛盾； (2) 扩大水面，设置浅水湾后，扩大水面1万m2； (3) 便于构筑蜿蜒岸线，更符合多自然河道的水岸要求； (4) 缓坡断面有利于冬季防冰，便于冰盖在缓坡推移，防 止冻蚀，保护护岸结构； (5) 浅水湾的水深一般不超过0.7m，满足了亲水的安全要 求； (6) 便于种植水生植物，形成水绿过渡带，过滤雨水、保 护水质、净化水体； (7) 有供水生动物栖息和避难的场所，利于两栖动物的爬 行； (9) 便于利用浅水湾构筑亲水栈桥、点缀岸边小品等，满 足景观需要求； (10) 有利于防浪或船行波，尤其可以缓解建成初期波浪 对岸边的冲蚀。
河流生态修复方法
河流生态修复方法1含义河流生态修复就是运用生态系统原理，采取多种方法修复受损水生态系统的生物类群和结构，重建健康的水生态系统，修复和强化水生态系统的主要功能，使生态系统实现整体协调、自我维护、自我演替的良性循环。
河流生态修复的主要技术方法包括缓冲区恢复、植被恢复、河道补水、生物－生态修复、生境修复等技术。
目前，河流退化已被公认为全球性的生态环境问题，社会对修复严重受损的河流生态系统的需求越来越迫切，因此有必要对河流进行生态修复措施。
现行的生态修复措施为:(1)在一个地区单独实行，而不是站在战略角度上;(2)主要集中在防洪、发电和旅游功能上，忽视了河流和漫滩的基本生态过程;(3)基于全流域空间的外部信息。
从概念和理论上讲，生态修复是目前河流环境下比较适用的修复方法。
它遵循生态系统的原理和特点，很好地实现了人与自然和谐相处的思想。
因此，大力发展和研究河流生态修复技术对于我国建设环境友好型社会十分必要。
2国内流域生态修复技术中国传统水利工程技术的核心是工程结构的安全性和耐久性。
材料以混凝土或砖石为主，没有考虑人工结构对生物及其生态环境的影响。
由此导致的结果是生态系统的退化，如河流走廊的作用减弱，水质恶化，栖息地丧失或堵塞，以及物种减少。
近年来，我国十分重视对自然河岸植被结构、功能和管理的生态学研究，正在努力探索修复受损河流生态系统的新理论和技术手段。
河流水系生态恢复的任务有三大项:一是水质条件、水文条件的改善;二是河流地貌特征的改善;三是生物物种的恢复。
针对河流健康出现的不同问题，采取的修复方法也不同，将其归结为4个方面:一是水文特征的修复水文特征的修复是恢复由于水利工程的建设造成的河流水文模式的改变，改善下游生态和环境条件，主要采取调节水利工程的运行调度方式二是水环境质量的修复水环境质量的修复方法较多，包括物理修复、化学修复和生物修复三是结构形态的修复河流结构形态的修复是要尽可能恢复河流的纵向连续性和横向连通性，保持河流纵向和横向形态的多样性，防止河床材料的硬质化等，目前主要是采用近自然生态工法.四是种群结构的修复种群结构的恢复主要采用各种生物技术。
河流水环境修复技术-PPT
5.河流活性金属元素——铁的变化
❖ 铁会影响底泥有机物的降解： ▪ 铁在细菌分解代谢有机物过程中可充当电子受体、供体 ▪ 有机铁络合物容易吸收紫外光发生光化学反应 ▪ 较高的铁含量可促进腐殖质的絮凝和沉淀（河床截留有 机物的主要途径之一）
❖ 微生物影响河水和底泥中的铁浓度 ▪ 夏季，微生物活性达到高峰，氧化有机物，消耗溶解氧 导致厌氧状态，容易引起铁和锰氧化物的离解。
河流生态系统健康评价
早期管理仅考虑由污染引起水体理化性质的变化，制定了水环境质 量标准，进行水水体质量评价。我国的《地表水环境质量标准》 （GB3838-2002），将地表水体分成I-V类。
仅凭水质指标进行河流生态系统评价的弊端： ➢污染的复杂化、多样化，使得人们难以监测全部污染物； ➢不能很好反映出流域环境变化对水生生物的影响；
中国七大河流污染程度由重到轻的顺序： 海河、辽河、黄河、淮河、松花江、长江和珠江
河流污染参数
氨氮、化学需氧量、高锰酸盐、五日生化需氧量、溶解氧、挥发酚
河流污染源的分类
根据污染来源：外部污染源、内部污染源 根据排入水体的方式：点污染源和面污染源 根据污染物的类型：物理性污染、化学性污染和生物性污染
1.泥沙对污染物的传输
参照点位的识别：河道基本维持自然状态；上游基本无任何农作物 与村庄；无林木采伐；样点周围认为干扰较少
国内河流生态健康评价方法
➢ 2005年，长江水利委员会“维护健康长江，促进人水和谐”， 出台了健康长江指标体系，包括河道生态需水量满足程度、水 功能区水质达标率等18个指标；
➢ 黄河“维持黄河健康生命”的治河新理念，以“提防不决口， 河道不断流，污染不超标，河床不提高”作为黄河保护的终极 目标；
平均传输距离：细小颗粒10000m/a, 沙子1000m/a, 卵石100m/a
河流生态修复
六河流生态修复1调研背景概述1.1背景概述人类对河流的生态环境修复的认知和实践经历了漫长的过程。
发达国家对河流的保护行动始于20世纪30年代，到20世纪的60年代末开始以污染治理为主的水质修复，美国、日本和欧洲各国分别建立了水污染防治法，并采取了产业结构调整、清洁生产、普及下水管道、建设污水处理厂和河道水质净化技术等综合措施，到20世纪80年代初，这些国家的污染问题得到了一定程度的解决。
20世纪70年代，人们在实践中逐步认识到河流是城市生态系统和景观体系的稀缺资源，又是城市的生命之源和活力之源，对传承城市历史文化起着不可须臾的重要作用。
自此，欧美和日本等发达国家的城市建设从单纯的道路网络建设开始向水和绿生态网络的建设方向发展。
如美国波士顿查理士河(Boston Charles River)、圣安东尼奥市河流步行街建设、英国的伦敦港建设（London Docklands）等。
同时，部分城市拆除了河流上面的覆盖道路或建筑物，恢复了河流原有的空间。
如德国科隆－杜塞尔多夫（Koln-Dusseldorf）高速公路（Autobahn）的拆除、韩国首尔道路拆除和清溪川河流修复等。
进入21世纪以后，不仅是欧美日等发达国家，中国北京、上海等多个亚洲国家的城市也开始了对城市河流景观与生态环境的治理。
河流健康的生态系统对维持人类生活和健康的生存环境所起的重要作用逐步为人类所认知，世界各国都认真反思了人类活动和大量消耗资源型的经济发展模式对河流生态系统带来的破坏甚至灾难。
1992年6月5日，在巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展大会上签署通过了由联合国环境规划署发起的《生物多样性公约》（Convention on Biological Diversity）。
河流管理者和科学家开始把目光转向河流生态系统的健康和可持续问题，特别强调保护与修复河流的生物群落多样性，河流保护与修复的目标不仅是达到水质指标，更重要的是以保护与修复河流生态系统的结构和功能为目标，标志着河流生态修复进入了以生物多样性为目标的流域尺度的河流生态系统修复阶段。
水环境的修复技术河流生态修复PPT学习教案
改造原有的河道护坡护岸 , 可采用植物、石块或其他 透水材料加固河岸，既保证河岸的稳定，又不阻止 河道水体中的物种与岸边物质的交换。如：利用活 的枝条插入河岸起到固定的作用，采用可透水的材 料生态砖、鱼集砖、天然材料垫等。
容易造成管道淤塞
污水从湿地表面纵 与潜流人工湿地相 控制相对复杂，建 向流向填料床的底 比还具有一下有点：造要求较高。 部；床体处于不饱 硝化能力强；占地 和状态，氧可通过 面积小。 大气扩散和植第2物9页传/共31页 输进入人工湿地系 统。
人工湿地的净化原理
1，填料作用：
载体作用，
过滤吸附作用（煤碴>土壤>碎石>沙子），
和生物的三重协同作用来实现污水的净化。
它主要由以下三部分组成:透水性的基质材料， 水生植物(主要指挺水植物)，栖息在根系和基质 材料表面的微生物及原生动物。
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构型
运行方式 优点
缺点
表面流人工 污水在填料表面漫 湿地（SFW）流除。 主污 要染 通物 过质 生的 长去 在
植物水下茎杆上的
及芦苇的生长。去除效率有所提高。 氮的去除主要靠人工湿地中微生物的硝化反硝化过程，当然植物吸收也起到一定的作用。 对于磷而言，微生物对磷的同化作用并不是去除磷的主要途径。因此，可能主要依靠填料的吸附作用，当填料的
吸附逐渐接近于饱和时，对磷的去除效果就会逐渐降低。
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结论：无论是湿地系统对CODMn的去除主要通过填料表面的
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河流生态系统的恢复重建
水域与湿地生态系统的恢复重建
河流在建坝后，其物理、化学和生态特征都呈现出不同程 度的病态，如河流干枯、湿地干涸以及三角洲和海岸线的 退缩。
江河流域大规模蓄水、引水，改变水量分配和河川径流模 式，使水文循环和自然环境劣变。
大规模的河湖围垦、河网改造、岸边工程等，使季节性淹 没区减少，天然湿地大量丧失，鱼类洄游通道不畅，各种 适生生境、栖息地被大量压缩，有的甚至造成食物链中断， 生态系统结构和功能受损。
有机碳
稳定性
地表特征
景观组成
位置 地形
种类 密度 生长量 群落稳定性
形状 生产力 承载量 食物网 指示种营养量
水域与湿地生态系统的恢复重建
功能特征
地表、地下水的贮存、补充与供应 排淤泻洪能力 营养物质的沉积、运移及循环 大气湿度和溶解氧的调节能力 生物的正常活动、生产力、食物网的维持 生态系统获取水、热、光的能力
水的净化能力 侵蚀的控制力 生态系统能量流动情况
水域与湿地生态系统的恢复重建
恢复力：生态系统受干扰后的可恢复能力 整体标准 持久力：生态系统维持演替状态或顶级的能力
相似性：生态系统与未干扰的自然生态系统的相似程度
河岸带恢复：除水质、水生生物的恢复外，还要实现河岸 带的恢复。主要在于重建林草植被，恢复湿地景观和生境。
水域与湿地生态系统的恢复重建
1 河道近自然恢复
生态调节措施是指不拆除原有的破坏河流生态系统的水 利工程，而对其进行改造的措施，如碎化混凝土河底， 等宽河道中修建河心岛等；
工程改造措施则是要拆除原有的水利工程，按照生态原 则修建近自然治理的工程措施，如拆除高大、陡峭的护 岸而修建长缓护坡，改变原有的堤线，恢复湿地、河岸 缓冲带等。
水域与湿地生态系统的恢复重建
第三章 水环境生态修复-补充内容
水环境生态修复----补充内容李宁补充1：河流健康评估河流健康：可持续利用的生态良好河流。
概念包含双重含意，一方面要求人们对于河流的开发利用保持在一个合理的程度上，保障河流的可持续利用；另一方面要求人们保护和修复河流生态系统，保障其状况处于一种合适的健康水平上。
河流健康评估的内容一般包括以下4 方面内容：物理－化学评估；生物栖息地质量评估；水文评估；生物评估。
物理－化学评估•反映河流水流和水质变化、河势变化、土地使用情况和岸边结构。
•与传统水质评估方法不同，在健康评估中突出物理－化学量测参数对河流生物群落的潜在影响；生物栖息地评估•勘查分析河流廊道的生物栖息地状况，调查生物栖息地对于河流生态系统结构与功能的影响因素，进而对栖息地质量进行评估。
•具体体现在河流的物理－化学条件、水文条件和河流地貌学特征对于生物群落的适宜程度，特别是对于形成完整的食物链结构和完善的生态功能的作用；水文评估•分析水文条件的变化对于河流生态系统结构与功能产生的影响。
•所谓“水文条件”既包括传统的水文参数，还包括水流的季节性特征和水文周期模式、基流、水温、水位涨落速度等，这些都对鱼类和其它生物的栖息繁衍产生影响；生物评估•分析水文条件、水质条件和栖息地条件发生变化对于河流生物群落的影响程度。
•可能产生的变化包括：水域生物群落物种成分变化；栖息地生物优势种群的变化；物种枯竭；整个种群死亡率；生物行为变化；生理代谢变化；组织变化和形态畸变等。
补充2：受堤防工程影响的河流廊道生态修复技术我国大多数河流都建有堤防工程，河流地貌不可避免要受到堤防工程的影响。
从恢复自然环境功能但同时又能发挥防洪工程效益的角度出发，需要改进完善现有堤防的设计和建设方法，提出一些创新性的技术方法。
洪水后退--------不建防堤工程，实现河流形态的完全恢复这项措施包括清除河漫滩内的所有结构物，把河道恢复到历史状态。
设计河道形态时要使河流泥沙不会产生严重的冲刷和淤积现象，并能恢复到天然形态。
河流修复
台阶式人工自然驳岸
结合岸上观景平台或木栈道，水中种植水生植物群，使
人在一定高度上也能融入水生植物世界。 在内湖腹地较小的水域（从岸边道路到水面坡度大）。
河流（溪流）生态恢复图片
2.河流（溪流）生态系统生态恢复的原则
1）原则： （1）河流恢复的基本原则 A. 河流生态学原则 B. 生态系统/格局导向原则：以渔业和运动为目的的恢复是不可能成功的，如果河流功能的连 通性能被成功恢复，则生物多样性就会随之增加。 C. 自然原则：促进河流的水文、地形方面的功能，即“让河流实现其价值”。 （2）河流恢复的实践原则 A. 多目标兼顾原则：实现河流生态系统的防风护城、提供亲水性与娱乐休闲场所、增加滨河地 区土地利用价值等功能； B. 系统与区域原则：从系统的角度改善河流水量、冲积物侵蚀、转运与沉积等； C. 资源保护的原则：保护两岸现有水系、湿地、漫滩、河岸带等资源； D. 景观设计生态原则：保护生态多样性、增加景观异质性，强调景观个性和自然循环，构架区 域生境走廊，实现景观的可持续发展； E. 尊重自然、美学原则； F. 可持续发展原则：恢复自然水体和冲积机制、恢复自然河流形态，为生物提供良好的生存环 境与迁移走廊；恢复自然河岸带植物群落；恢复乡土的水生动、植物。
• 3、构建有利于生物生存的多空隙河岸，采 用生态护岸法。
生态护岸
主要功能：
建立水岸与河流的生态联系，物质、养分、能量交流； 护岸植物根系固着土壤，增强土壤渗透率，并截留初期雨 水，净化水质、涵养水源； 抵抗流水冲刷，保护堤岸、增加堤岸结构的稳定性；
造价较低，无需长期的维护管理。
建造初期需加强维护，否则影响后期功能发挥。
生态原型护岸
保持水岸自然状态，以自然的土壤沙砾基质代替人工 砌筑，主要采用植被保护堤岸，由植物舒展发达的根系稳 固堤岸，同时净化水质，提升水岸带的景观效果。 坡度较缓或腹地较大的 地段。
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3.1.2 河流生态恢复
（7） 河流生产力理论
• 河流生产力理论：强调受控河流生态系统的营养 盐(碳源)主要依赖于上游输送，以及区域生物群 落和缓冲区域的输入。
• 河流内部初级生产力是河流向下游输送能量的重 要组成部分。
3.1.2 河流生态恢复
（8） 流域概念
• 流域概念：认为河流栖息地具有等级结构，强调 河流与流域在时间、空间尺度上联系密切，范围 从河流网络到水池、浅滩和微型栖息地等。
第三讲 河流生态修复
黄钰铃 2013
水利部索丽生副部长讲话
海宁河流生态修复项目现场考察
主要内容
3.1河流修复基本理论 3.2河流生态修复历史与内容 3.3河流修复的措施与技术 3.4河流水环境修复典型实例
河流生态修复的概念
• 美国土木工程师协会：—— • 河流恢复目的是促使河流系统恢复到较为
法”10字方针 • 第三阶段 （1996 ～ 2010）:“以治水为中心，全面规划，远近
结合，突出重点，分步实施”，实施苏州河水质变清。
3.2.2 河流生态系统修复内容
1） 河流自然环境的恢复 • 恢复河流的形态﹑结构和自然特征， • 对污染而言应侧重于河流水质恢复。 2） 河流生态系统结构和功能的恢复 • 结构的恢复？ • 功能的恢复？
3.1.2 河流生态恢复
（3） 河流水力概念
• 河流水力学概念：强调物种的显著变化与溪流水 力特性的转变具有联系，可通过流速、水深、糙 率和坡度等指标进行描述；
• 流速的时空变化对生物系具有明显的影响作用， 尤其是河底无脊椎动物和藻类。
十一五科技支撑计划——
3.1.2 河流生态恢复
（4） 养分螺旋概念
3.1.2 河流生态恢复
（6） 洪水脉冲概念
某些鱼类的产卵来自 洪水脉冲的信号？
• 洪水脉冲：强调洪水对河道、洪泛平原生态系统
的影响，洪泛平原的养分循环主要依赖于洪水周
期和区域植被覆盖。
• 洪积平原对洪水峰值的坦化，减弱洪水效应和缓 冲水位短期波动，增加地下水的补给量；洪水脉 冲有助于鱼类繁殖；缓冲区域对养分、泥沙的自 然过滤，有助于控制洪积平原的非点源污染等。
3.2 河流生态修复历史与内容
3.2.1 河流污染物控制及生态修复历史
• 世界各国的水污染，以泰晤士黑臭、缺氧为代表 的第一代水污染，
• 以日本水俣病的重金属﹑有毒化学品为代表的第 二代水污染，
• 美国-加拿大湖泊的氮﹑磷等营养元素为代表的第 三代水污染-富营养化。
(1)泰晤士河污染治理
• 19世纪上叶，伦敦人口增长带来大量的生活污水， 未经任何处理直接排入泰晤士河的感潮河段。
体恢复工程
摘引自：董哲仁，2005
河流生态修复的工作内容
生态修复 工作内容
水质改善
水文情势 改善
地貌景观 修复
物种保护 /恢复
非生命因 子调控
水利工程 生态调度
濒危/珍稀 特有物种
3.1河流修复基本理论
• 河流生态修复是重建系统干扰前的结构与
功能及有关的物理、化学和生物学特征，使其 发挥应有的作用。 • 其包括两个修复：（1）景观修复;
• 苏州河源于江苏太湖，污染的主要原因：生产﹑生活污水的排 放﹑底泥中有机物的释放﹑截流系统溢流﹑不利水动力条件﹑ 船舶污染及市政雨污水泵站的排放等。
苏州河污染治理计划分3个阶段实施： • 第一阶段（1993 ～ 1995）:合流污水治理一期工程 • 第二阶段（1995 ～ 1996）:“截流﹑清底﹑引清﹑裁湾﹑立
（2）生态修复
3.1.1 河流景观修复
景观生 态学
• 景观修复：从景观尺度上考虑恢复，研究景 观要素间的物质、能量交换与动态平衡。
• 景观恢复：注重于景观格局及其各要素间的 功能联系，使生态系统回到以前或与之相近 的状态。
3.1.2 河流生态修复
• 在河流生态系统的长期研究过程中，提出了大 量河流生态系统的基础理论：
（1） 地带分布概念
• 地带分布概念：根据河流中鱼类栖息特性将河 流分为不同区域，分析相关影响因素，或者根 据大型脊椎动物的分布群落进行划分。
3.1.2 河流生态恢复
（2） 河流连续体概念 longitudinal
• 首次对河流生态系统在纵向上的种群结构和功能 特性进行描述。
• 强调河流生态系统中从源头到河口的非生物环境 具有连续梯度，主要通过有机质的分布和大型无 脊椎动物的功能等体现。
（据水工程生态研究所 常剑波资料）
Water Level (m)
46
45
Spawning records
44
43 31 42 30 23
41 29 22
40 28 21
27 20
26 19
18
17
Yidu
Jianli Guangji
Month.date 4.30 5.10 5.20 5.30 6.10 6.20 6.30
针对以上泰晤士河污染治理经过两个阶段： • 第一阶段治理（58-1891）：主要侧重于污水截污
和化学处理； • 第二阶段治理（1900-至今）：主要侧重于污水管道
以及污水处理厂建设。
（2）莱茵河污染治理
• 莱茵河治理计划：从河流整体生态系统出发，把大马 哈鱼回到莱茵河作为治理效果的标志。
（3）苏州河污染治理
• 描述有机质在河流生态系统纵向的动态变化。 • 可通过螺旋长度进行描述:螺旋长度越短，
表明养分在河流生态系统中的利用效率越高 • 螺旋长度是河流生态系统中养分的运移速率
和滞留过程的函数。
3.1.2 河流生态恢复
（5） 连续中断概念 • 连续中断：认为大坝(干扰)中断河流生态系
统的连续性，引起河流上下游的非生物/生 物参数和过程发生转变。
图1 洪水脉冲生态过程示意图
洪水脉冲生态效应
• 长江的四大家鱼每年5~8月水温升高到18℃ 以上时，如逢洪水，家鱼便集中在重庆至 江西彭泽的38处产卵场进行繁殖。
• 家鱼在涨水第一天开始产卵，如江水不再 继续上涨或涨幅很小，产卵活动即告终止。
自从1956年开 始的长期观测表明， 四大家鱼在水位上 涨时产卵形成高峰。
自然的状态，在此状态下，河流系统具有 可持续特征，并可提高生态系统价值和生 物多样性。（ASCE，2003）
西方国家河流保护发展阶段
• 上世纪50年代开始以水质恢复为重点 • 到80年代初期转入建设小型河流的生态
恢复工程 • 到80年代末期进入以单一物种恢复为标
志的大型河流恢复行动 • 90年代开始规划流域尺度的河流生态整